基于GOCI数据黄海气溶胶光学厚度反演方法研究

气溶胶是研究大气辐射收支的重要参数,确定气溶胶光学特性对于研究气候变化和实现卫星定量遥感有重要意义。针对黄海上空气溶胶反演时存在下垫面背景受到内陆河流巨大影响及吸收性气溶胶干扰的问题,本文提出了一种基于GOCI数据的气溶胶光学厚度反演新算法,利用AERONET数据对比分析了黄海上空气溶胶光学厚度的反演精度,结果表明该算法能较好地反演气溶胶光学厚度,相比业务化算法具有较高的反演精度。     

基于自定义模型的FY-4A数据气溶胶光学厚度反演

利用第二代静止气象卫星风云四号 A 星(FY-4A)的多通道扫描成像辐射计(Advanced Geosynchronous Radiation Imager,AGRI)资料,充分考虑其通道设置,以山东为研究区域,构建适用于山东本地的气溶胶模型,研究山东地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)反演算法。选取两次典型空气污染案例进行反演,并将反演结果与临近时刻的 AOD 产品进行对比验证分析。结果表明：反演结果与 Himawari-8/ AHI(Advanced Himawari Imager)的气溶胶产品在空间分布上总体一致, 能体现 AOD 的变化趋势及分布情况;和临近时刻的 MODIS 产品相关系数较高,均在0. 90 左右,最高可达0. 94。这说明基于自定义气溶胶模型,利用 FY-4A/ AGRI 数据反演山东地区气溶胶合理可行。     

基于BP神经网络渤海湾表层叶绿素浓度反演方法探讨

由于渤海湾水质光学性质复杂,使用传统线性叶绿素浓度反演方法进行反演时的精度不高。为提高渤海湾叶绿素浓度的反演精度,利用2012年4月渤海湾的表层叶绿素浓度实测数据和GOCI同步遥感反射率数据,建立了渤海湾叶绿素浓度反演的BP神经网络模型,并与GOCI的3种叶绿素浓度业务算法(OC2算法、OC3G算法和YOC算法)进行比较。结果表明,在渤海湾GOCI 3种业务算法的标准误差均大于1,决定系数均小于20%;BP神经网络算法的标准误差为0.615 4,决定系数为89.98%,且反演的叶绿素浓度分布与实测值的分布趋势一致,反演的精度高于GOCI传统业务算法。因此该BP神经网络模型可用于反演春季渤海湾表层叶绿素浓度,且反演精度比GOCI业务反演算法精度高。     

基于MODIS数据气溶胶光学厚度特征分析

气溶胶光学厚度(AOD)是表征大气浑浊程度的关键的物理量,也是确定气溶胶气候效应的重要因素。本文以环渤海区域为例,首先利用太阳光度计观测数据对MODIS数据气溶胶光学厚度产品进行验证分析,暗像元法反演结果最好;然后基于2005年1月至2019年2月MODIS暗像元法反演结果分析环渤海地区气溶胶光学厚度的时空分布。结果表明:环渤海地区AOD分布呈现出明显的季节变化,春夏季节气溶胶处于高值区(0.7-0.9),秋冬季节处于低值区(0.2-0.5),AOD高值区主要分布于北京、天津及河北和山东交界地区。气溶胶分布特征可能与沙尘天气、季风变化和工业生产生活的污染物排放有关。     

渤海湾叶绿素浓度的反演与验证（英文）

叶绿素a浓度是浮游植物现存量的表征。本文基于2012年春季渤海湾叶绿素实测数据,下载了相应的遥感数据,利用MODIS数据的OC3M和OC2方法进行叶绿素浓度a反演,利用GOCI数据的波段比值、OC3G以及YOC算法对叶绿素a浓度进行反演,反演结果与实测结果的空间分布趋势一致。由反演精度分析,GOCI的波段比值法与MODIS的OC3M算法的反演精度相近,GOCI数据的YOC叶绿素浓度算法在渤海湾反演精度比其他反演算法高。     

黄海、东海上空春季气溶胶光学特性观测分析

2003年春季国家卫星海洋应用中心等几家单位在黄海和东海海区进行了为期40 d的二类水体信息测量试验,试验中使用手持太阳辐射计对海区上空大气光学特性进行了观测,并获得了大量晴空天气条件下的大气光学数据.利用本次试验获取的测量数据得到了黄海、东海海区春季的大气气溶胶光学特性,其中包括气溶胶光学厚度和气溶胶粒子谱分布.采用Langley方法对测量得到的太阳直射辐射量进行处理得到了海区上空气溶胶光学厚度,利用得到的气溶胶光学厚度来反演气溶胶粒子谱分布.反演结果表明无云情况下黄海、东海上空的气溶胶光学厚度在0.2~0.4左右,且气溶胶粒子谱分布的变化趋势也很接近;海区上空霾层较厚时测量得到的气溶胶光学厚度明显增大,最大接近0.8;气溶胶粒子谱分布的变化趋势发生了明显的变化.     

海洋水色卫星遥感二类水体反演算法的国际研究进展

根据国际海洋水色卫星的研究发展与应用现状，回顾了国际海洋水色卫星遥感二类水体现有反演算法的基本原理和存在的优缺点，以及提高反演精度需要的技巧。指出二类水体反演算法相对一类水体算法的复杂性，要建立全球通用的反演算法还要继续研究更好的光学模型，使得各种反演算法具有实验室之外的实验应用价值。     

水体透明度两种半分析反演模型的对比与分析

针对目前反演遥感透明度的方法多是经验方法,而半分析方法运用在二类水体时,由于分析参数较难获取导致应用较少等问题,本文在缺少相关光学参数实测数据的情况下,基于GOCI卫星影像数据及实测透明度数据开展两种半分析透明度反演模型的对比与分析。首先选用555 nm和660 nm两种参考波段的QAA-v6算法分别反演水体固有光学参数,代入到Lee15和Jiang19两种半分析模型中定量反演胶州湾水域透明度。结果表明,660nm作为参考波段的Lee15模型反演精度更高,误差更小(R~2=0.771,MAPE=0.137,RMSE=0.331)。为进一步探究各模型在不同透明度范围内的反演精度,将透明度范围分成3段(0.5~1.5,1.5~2.5,2.5~3.5 m)分别进行误差分析后发现,660 nm Lee15模型在各分段均达到最佳精度。所以该模型能够为胶州湾这种二类水体的透明度反演提供一条有效途径。     

FY-1C/1D全球海上气溶胶业务反演算法研究

介绍了基于FY-1C/1D气象卫星数据进行全球海洋气溶胶反演的业务算法,主要论述了海上气溶胶反演的单通道算法基本原理.该算法的核心内容是建立气溶胶光学厚度查算表,该查算表基于6S辐射传输模式,在假定气溶胶模式条件下,卫星的表观反射率是卫星观测几何(太阳卫星角)和气溶胶光学厚度函数,最终由卫星观测表观反射率反演出气溶胶光学厚度.业务反演过程中还考虑到数据质量检验、云检测处理和太阳耀斑区去除等.利用该算法对FY-1C卫星自2001年起的部分资料进行反演试验,并在FY-1D卫星发射后投入业务应用,自2002年8月开始能实时得到每天和每月的全球气溶胶光学厚度产品.从两颗卫星两年多连续反演结果分析可以非常清晰地发现全球气溶胶主要排放源地和全球海上气溶胶分布的季节变化,与国外卫星反演结果十分接近.     

基于GOCI影像进行渤海表层悬浮泥沙浓度估算的新方法

针对现场观测数据缺乏的情形,提出了一种新的利用GOCI影像反演渤海海域表层悬浮泥沙浓度(SSC)的方法。应用mMUMM大气校正算法对GOCI数据进行大气校正处理得到的GOCI遥感反射率产品后,以MODIS影像反演得到的表层悬浮泥沙浓度(SSC)作为参考值,对已应用于渤海的4种SSC反演模型进行参数化拟合,最后通过对比确定了效果最好的参数化SSC经验模型并且进行了验证。验证结果显示最优参数化模型的平均相对误差绝对值(16.0%)和均方根误差(12.2 mg/L)均相对较低,表明该模型可适用于渤海海域GOCI数据的SSC反演。通过采用建立的最优参数化SSC反演算法对2015年12月至2016年11月的GOCI数据对渤海海域的季节平均SSC进行了估计和分析。相比其他区域,渤海湾、莱州湾、辽东湾等3个海湾和黄河口附近沿岸SSC相对较高;3个海湾水体区域,从沿岸向离岸方向SSC由高变低,具有明显的浓度梯度;季节上,整个渤海海域SSC在冬季最高,夏季最低,春季与秋季相差不大。渤海SSC这些明显的空间分布特征、季节变化特性与前人研究结果一致,表明该算法应用于渤海可行。     

气溶胶光学特性的反演方法研究

气溶胶是大气重要组成部分,其对地球的辐射收支平衡以及气候变化均有非常重要的贡献。文中根据非线性辐射传输理论,研究了从自动观测太阳光度计(CE 318)多角度的天空扫描数据获取气溶胶粒子谱分布、散射相函数等光学特性的反演方法,并对2000年10月27日、30日南海试验的观测数据进行了分析,取得了较好效果。     

基于MODIS陆地波段的近岸水体浊度遥感方法

利用MODIS陆地波段(469 nm,555 nm和645 nm)数据,建立了近岸水体浊度的遥感反演方法,并以渤海为例,在采取严格的时空匹配方法的基础上,利用现场测量浊度数据对反演结果进行了印证。印证结果显示,基于陆地波段的红绿波段比值反演算法(QAA-RGR反演算法)的反演结果相对误差约为12.7%,标准QAAv5反演算法的反演结果相对误差约为26.4%,采用陆地波段数据的QAA-RGR反演算法反演的结果更可靠。另外,基于陆地波段的反演结果具有更高的空间分辨率,能更好地体现浊度的细节分布特征,如辽东湾南端的沙脊群落的分布。最后,本研究利用QAA-RGR反演算法构建了渤海浊度的季节分布特征,分布特征合理。     

东亚气溶胶光学厚度时空变化特征及其对气候可能的影响

本文利用Terra卫星MODIS传感器2000—2011年550nm气溶胶光学厚度(AOD)资料,AERONET东亚站点Angstrom指数资料,以及NCEP/NCAR的2000—2011年位势高度资料,用经验正交函数分解方法(EOF)分析了近12a东亚AOD时空变化特征,同时通过研究AOD与夏季850hPa西太平洋副热带高压的关系,初步分析了AOD对气候可能产生的影响。结果表明,EOF第一模态东亚大部分地区AOD同位相变化,北方振幅最大,越往南振幅越小,17°N以南出现反位相,这在春季最显著。第二模态南北方呈明显反位相,春夏季最显著。进一步分析认为第一模态主要受沙尘气溶胶影响,第二模态主要受工业气溶胶影响。关于东亚AOD对气候可能的影响,通过东亚AOD与西太平洋副热带高压西脊点指数(IW)的相关性分析,发现4月份海上AOD对6月份IW有较明显的2个月超前相关,该相关大致以22.5°N为界,以北呈负相关,以南呈正相关。分析认为这与沙尘气溶胶及炭黑气溶胶的辐射强迫有关。     

微波辐射计海面温度的数据质量控制

根据星载微波辐射计反演海洋大气参数的过程,分析了仿真实验中线性反演算法和非线性反演算法对反演结果的数据质量控制能力。AMSR-E观测数据的非线性反演结果分析对仿真实验的结论进行了验证,得到了肯定的结果。实验结果表明:星载微波辐射计的非线性反演算法物理意义明确、结果可靠,有良好的数据质量控制能力,具有业务化应用的潜力。     

大气校正模型对多光谱水深反演影响的多维度分析

大气校正是水体定量遥感的基础与前提。本文从大气校正模型、大气校正模型参数、水体组分差异以及水深反演波段组合方式4个维度探讨大气校正模型对水深反演的影响。研究采用6S、FLAASH、ACOLITE与QUAC 4种大气校正模型,选取大陆型、海洋型与城市型气溶胶模式,以瓦胡岛西北侧与谢米亚岛周边浅水作为清洁水体研究区,以辽东浅滩与槟城海峡作为浑浊水体研究区,基于Landsat-8多光谱影像开展大气校正,并采用8种波段组合方式进行水深遥感反演。研究结果表明:（1）4种大气校正模型均可在一定程度上削弱大气对水体信号的影响;因参数选取以及研究区水体组分的不同,不同模型的校正结果存在一定差异;两类水体反射率峰值分别出现在蓝波段与绿波段;（2）6S大气校正模型鲁棒性较强,该模型因研究区水体组分发生变化导致对应的水深反演结果与其余模型相比波动较小;FLAASH模型在海洋型和城市型两种气溶胶模式水深反演结果在浑浊水体存在较为明显的差异,辽东浅滩浅水区平均相对误差相差7.9%;ACOLITE模型受水体类型影响显著且对浑浊水体具有优越性与稳定性,平均相对误差较FLAASH降低5.6%;（3）多波段水深反演精度普遍优于单波段,但反演精度与波段数目之间无显著的相关性;水深反演波段组合方式对不同研究区敏感性不同,清洁水体三波段模型的反演精度较好,浑浊水体中四波段模型的反演精度最优,平均相对误差较三波段模型降低达5.6%。     

黄海、东海海区水体散射特性研究

半分析模型是水色遥感反演算法的研究热点,而水体后向散射系数对建立半分析水色反演模型是非常重要的参数.通过对黄海、东海海区的水体固有光学量测量数据进行分析,得到水体总后向散射系数与水体总散射系数的关系为乘幂关系,颗粒物后向散射系数随光谱变化的指数在高低浑浊度水体有很大差异,并初步得到黄海、东海海区水体的后向散射系数与总悬浮物浓度的关系,从而为水色半分析模型建立和水光学辐射计算提供一组散射特性模型.     

格陵兰海气溶胶光学深度、海冰、浮游植物与二甲基硫的关系及其对未来气候的影响

dimethylsulphide (DMS)的海空通量是海洋生物气溶胶的主要来源之一,对气候（特别是北冰洋的气候）具有重要的辐射影响。利用卫星数据得到的气溶胶光学深度(AOD)作为气溶胶负荷的代表,在夏季和秋季表现的尤其明显。春季海冰的融化是北极气溶胶前体的重要来源。然而,早春的高浓度气溶胶可能与南方大陆污染的平流有关(北极霾)。更高的AOD通常在研究区域的南部出现。海冰浓度(SIC)和AOD呈正相关,而云盖(CLD)和AOD则呈负相关。SIC和CLD的季节性峰值均在AOD峰值的前一个月。AOD与SIC之间存在强烈的正相关关系。融冰与叶绿素（CHL)几乎在3月至9月呈正相关,但与春季和初夏的AOD呈负相关。春季和初夏较高的AOD有可能是由融冰和春季强风在该地区的结合影响。由于春季风的升高和冰的融化,在春季出现了DMS通量的峰值。从3月到五月,DMS浓度和AOD及融冰都呈正相关。早秋季升高的AOD可能与浮游植物合成的生物气溶胶的排放有关。到2100年，格陵兰海的DMS通量将增加3倍以上。生物气溶胶的显著增加可以部分抵消格陵兰海的增温现象。     

MODIS和GOCI卫星遥感反射率产品在浑浊海区交叉检验分析

对Geostationary Ocean Color Imager(GOCI)和Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)传感器在中国渤海辽东湾海区的卫星大气校正算法开展评估工作。主要对比了GOCI和MODIS的412 nm,443 nm,488 nm,547 nm,678 nm波段的遥感反射率(Remote Sensing Reflectance:Rrs)。结果表明:GOCI的去云算法较严格,在卫星有效数据覆盖率方面差于MODIS;遥感反射率产品比对结果表明:GOCI和MODIS的遥感反射率产品有较好的线性相关,且GOCI反演值大于MODIS反演值;分区域的对比结果表明,MODIS和GOCI的遥感反射率差异随着水体的浑浊度增加而增大,GOCI需要开发适用于近岸水体的大气校正算法。     

应用遗传算法评估HY-1A CCD反演二类水体组分的能力

应用一种基于遗传算法的二类水体水色反演算法,评估了HY-1A CCD反演水体组分浓度的能力.算法采用了三组分(叶绿素、悬浮物质和黄色物质)海水光学模型作为前向模型,以二进制编码遗传算法作为优化方法.通过多次反演试验,讨论了遗传算法参数对反演结果的影响;通过构造不同目标函数,讨论了目标函数对反演结果的影响;通过波段平均前后的数据模拟反演,分析了HY-1A CCD的波段平均对水色反演的影响;分析了该水色优化反演算法的浓度范围适用性;最后分析了该算法对输入数据误差的敏感性.模拟反演表明,HY-1A CCD可以用于进行二类水体水色反演,特别是在悬浮物质反演方面,该传感器优势明显.     

非洲地区大气气溶胶光学厚度时空变化及亚速尔高压对沙尘越大西洋传输的影响

研究了非洲地区大气气溶胶光学厚度(AOD)的时空变化及沙尘气溶胶越大西洋海区的传输。结果表明:1)源于撒哈拉沙漠的沙尘及其随赤道东风向西输送使得沙尘气溶胶成为非洲沙漠地区和紧邻的大西洋海区的主要气溶胶组分; AOD高值区和沙尘气溶胶光学厚度高值区在1—7月随赤道辐合带北移同步向北移动,而在8—12月则向南回撤。2)刚果盆地大气气溶胶主要为热带雨林和稀树草原排放的有机碳(OC)和黑碳(BC)气溶胶;其中与生物质燃烧源排放有关的OC、BC高值主要集中在干季(6—9月)的后半段(8—9月);而生物源OC排放全年连续,其排放峰值出现于雨季开始时;生物质燃烧排放高值期与生物源排放高值期前后相继,形成干季(尤其是后半段)时期的OC、BC光学厚度高值。3)亚马逊河入海口地区主要气溶胶组分为海盐气溶胶,9—11月该区风力输送增强,风向由东南风转变为东风,海盐进入亚马逊河入海口处,形成AOD和海盐气溶胶光学厚度高值区。4)撒哈拉沙漠沙尘气溶胶向大西洋传输的偏北月份为7—9月、偏南月份为1—3月; 2000—2016年海区沙尘气溶胶的传输路径存在向南移动的变化趋势,与同期亚速尔高压的增强和沙尘传输路径以北北风分量的增强以及赤道辐合带的移动一致。上述研究结果揭示了利用大气气溶胶时空变化特征反映区域大气环流和气候变化的可能性。